可再分散聚合物胶粉与聚乙烯醇对瓷砖粘结剂性能的影响比较
Comparison of Influence of Redispersible Polymer Powder and Polyvinyl Alcohol on Performance of Ceramic Tiles Adhesive
Elotex（易来泰）亚太区技术中心
上海市松江工业区江田东路137号，201600
摘要：分别掺加可再分散聚合物胶粉（RPP）和聚乙烯醇（PVOH）配制出不同配方的瓷砖粘结剂，参考JC/T547-2005《陶瓷墙地砖粘结剂》行业标准相关测试方法和Elotex（易来泰）内部测试方法，比较了RPP和PVOH对瓷砖粘结剂的性能影响情况。研究结果表明，RPP比PVOH更能改善瓷砖胶的综合性能， 虽然PVOH改性瓷砖胶比RPP改性瓷砖胶具有更长的晾置时间，但与RPP改性瓷砖胶相比，掺加PVOH的瓷砖粘结剂，其耐热粘结强度、耐水粘结强度和柔韧性明显低于掺加RPP改性瓷砖粘结剂。
关键词：瓷砖粘结剂 可再分散聚合物胶粉 聚乙烯醇 耐水粘结强度 耐热粘结强度 柔韧性
Abstract：According to JC/T547-2005” Adhesives for ceramic wall and floor tiles”, Chinese industrial standard, and internal test methods of Elotex, this work compared influence of redispersible polymer powder(RPP) and polyvinyl alcohol(PVA or PVOH) on performance of ceramic tiles adhesive(CTA). The results show that RPP improved performance of ceramic tiles adhesive obviously more than PVOH. Although PVOH prolonged open time of CTA, it reduced wet adhesive strength, heat-resistant adhesive strength and flexibility of CTA compared to RPP.
Keywords：Ceramic tiles adhesive (CTA), Redispersible polymer powder (RPP), Polyvinyl alcohol (PVA or PVOH), Wet adhesive strength, Heat-resistant adhesive strength, Flexibility
1．引言
    聚乙烯醇（PVA或PVOH）是一种水溶性高分子聚合物，由醋酸乙烯经醇解聚合而制成。聚乙烯醇因其良好的粘结性能而被广泛用于涂料、粘合剂、纺织浆料等领域。
随着国内干粉砂浆行业的迅速发展，聚乙烯醇粉末也因其良好的粘结性能而开始应用于干粉
砂浆产品。国内外研究同时表明[1] [2] [3]，聚乙烯醇可改善砂浆界面过渡区结构并提高砂浆粘结强度。但由于聚乙烯醇自身的水溶性和高玻璃化温度，聚乙烯醇是否能取代可再分散聚合物胶粉广泛应用于特种干粉砂浆是值得研究的。
本文参考了JC/T547-2005《陶瓷墙地砖粘结剂》行业标准相关测试方法和Elotex（易来泰）内部测试方法，比较了聚乙烯醇和可再分散聚合物胶粉对瓷砖粘结剂性能的影响情况。希望本文的研究结果能够为国内同行提供一些参考。
2．试验
2.1 原材料及配方
    试验所用原材料见表1。
表1  试验用原材料
原材料
厂家/产地
牌号/规格
水泥
海螺
42.5普通硅酸盐水泥
石英砂
国产
40~100目
重钙粉
国产
300目
纤维素醚
阿克苏诺贝尔
粘度1~3万mPa•s
可再分散聚合物胶粉
Elotex易来泰
FX3300
聚乙烯醇
进口
PVA2488
    试验所用水泥基本性能见表2。
表2  海螺42.5普通硅酸盐水泥基本性能
MgO/%
SO3/%
烧失量/%
细度/%(0.08mm)
性
凝结时间/min
抗折强度/MPa
抗压强度/MPa
初凝
终凝
3d
28d
3d
28d
≤5.0
≤3.5
≤5.0
≤10.0
合格
≥45
≤600
≥3.5
≥6.5
≥16.0
≥42.5
试验所用基础配方见表3。
表3  试验用基础配方
配方
1
2
3
4
5*
海螺42.5普通硅酸盐水泥
40.00
40.00
40.00
40.00
40.00
石英砂40~70目
补齐总量至100.00
重钙300目
10.00
10.00
10.00
纤维素醚
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
木质纤维1004-7N
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
淀粉醚ELOSET 542
0.03
0.03
0.03
0.03
0.03
PVOH 2488
1.00
4.00
RPP Elotex FX3300
1.00
4.00
其它
适量
总计
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
*注：5号配方掺加4.00% PVOH 2488仅作比较之用（通常PVOH掺量不超过水泥用量的3%，较高的PVOH掺量将严重影响瓷砖胶的施工性）。
2.2 测试方法
  瓷砖胶新拌性能：润湿性测试。参考Elotex（易来泰）内部测试方法[4]，即：将三块玻璃板分别在瓷砖胶梳理后10分钟、20分钟、30分钟时粘贴在瓷砖胶上，用5Kg砝码加载30秒，揭开玻璃板后，比较玻璃板上粘附的瓷砖胶面积。
    瓷砖胶硬化性能参考JC/T547-2005《陶瓷墙地砖粘结剂》行业标准相关养护和测试方法。其中养护方法见表4。
表4  瓷砖胶养护方法[5]
测试性能
养护方法
粘结原强度
标准试验条件28d
（标准试验条件：环境温度23±2℃，相对湿度50±5％，试验区的循环风速小于0.2m/s）
耐水粘结强度
标准试验条件7d  + 水养21d
耐热粘结强度
标准试验条件14d  + 热养14d（70±2℃烘箱） +标准试验条件1d
晾置时间
标准试验条件，28d
3．结果与讨论
3.1 对新拌砂浆的性能影响
    图1为瓷砖胶润湿性测试结果。由图1可见，PVA2488改性瓷砖胶与FX3300改性瓷砖胶相比，在10分钟和20分钟时都有更好的润湿性。
图1  PVA2488(5#)与FX3300(4#)对瓷砖胶的润湿性比较
3.2 对硬化砂浆性能的影响
硬化砂浆粘结性能见表4，压折比和横向弯曲变形见图2、图3。
表4  硬化砂浆粘结性能
粘结强度/MPa
瓷砖类别
1
空白样
2
1% 2488
3
1%FX3300
4
4%FX3300
5*
4%2488
粘结原强度
玻化砖(吸水率0.2%)
0.48
1.05
0.86
1.61
1.20
耐水粘结强度
0.29
0.21
0.61
1.03
0.14
耐热粘结强度
0.11
0.08
0.53
1.37
0.05
晾置时间(20min)
陶质砖(吸水率18%)
0.27
1.18
0.45
0.89
1.36
图2  FX3300和PVA2488对压折比的影响
图3  FX3300和PVA2488对横向弯曲变形的影响
    由表4、图2和图3可见，RPP比PVOH更能改善瓷砖胶的综合性能。
虽然PVA改性瓷砖胶的润湿性较好，但由表4可见，PVA2488改性的瓷砖胶除了具有较长的晾置时间外，其它粘结性能几乎都低于FX3300改性的瓷砖胶（仅掺加1.0%PVA2488瓷砖胶粘结原强度稍高于掺加1.0%FX3300瓷砖胶）。特别是在粘贴玻化砖时，FX3300改性瓷砖胶比PVA2488改性瓷砖胶具有更高的耐水粘结强度和耐热粘结强度。
    在粘贴陶质砖时，如图4所示，砂浆伸入到陶质砖背面的开孔内形成机械咬合作用，从而提高了瓷砖胶与陶质砖的粘结强度。
 
图4砂浆与陶质砖背面的开孔机械咬合作用          图5  聚合物对瓷砖/聚合物砂浆界面区粘结的改善
在粘贴玻化砖时，由于瓷砖表面缺乏可供形成机械咬合作用的空隙，此时聚合物形成的粘结是获得粘结性能的主要原因[6]。图5、图6显示了聚合物的这种桥接作用对瓷砖/聚合物砂浆界面区粘结的改善情况。
图6  聚合物膜在瓷砖/聚合物砂浆界面间的桥接作用
在泡水养护过程中，由于聚乙烯醇的水溶性[7]，导致聚乙烯醇改性的瓷砖胶在泡水之后的粘结强度显著降低，这在粘贴缺乏机械咬合作用的玻化砖时表现尤为明显。表4即显示了1.0%PVA2488改性瓷砖胶在粘贴玻化砖时，耐水粘结强度由原粘结强度1.05MPa急剧降低到0.21MPa，远远低于4.0%FX3300改性瓷砖胶的耐水粘结强度1.03MPa，同时也低于1.0%4.0%FX3300改性瓷砖胶的耐水粘结强度。
    从表4还可看出，当粘贴玻化砖时，PVA改性瓷砖胶的耐热粘结强度几乎丧失，而FX3300
改性瓷砖胶的耐热粘结强度最高为1.37MPa。通常在受热条件下，热应力、以及玻化砖和瓷砖胶线膨胀系数差异会导致相对位移，这种相对位移将增加产生界面裂缝的可能性，裂缝的出现则会降低瓷砖胶与玻化砖的粘结强度。由于FX3300的玻璃化温度在20℃左右，远远低于PVA（约80℃左右），所以FX3300赋予了瓷砖胶更高的柔韧性（由图1和图2也可看到，4.0%FX3300改性的瓷砖胶具有最低的压折比和最高的横向弯曲变形能力），明显降低了瓷砖胶的弹性模量，并由此降低了瓷砖胶所承受的温度应力和增大了承受应变变形的能力，从而减少了界面间裂缝的形成，显著改善了瓷砖胶的耐热粘结强度。
4．结论
    本文研究了可再分散聚合物胶粉Elotex FX3300和聚乙烯醇PVA2488对瓷砖胶部分性能的影响，结果表明：
    1. 可再分散聚合物胶粉（RPP）比聚乙烯醇（PVA）更能改善瓷砖胶的综合性能。
2. 除晾置时间外，掺加可再分散聚合物胶粉Elotex FX3300改性的瓷砖胶粘结性能明显高于掺加聚乙烯醇PVA2488改性的瓷砖胶。其中FX3300改性瓷砖胶耐热粘结强度最高为1.37Mp
a，而PVA2488改性瓷砖胶耐热粘结强度不超过0.1MPa；FX3300改性瓷砖胶耐水粘结强度最高为1.03Mpa，而PVA2488改性瓷砖胶耐水粘结强度最高为0.21MPa。
    3. 压折比和横向弯曲变形试验结果表明，掺加可再分散聚合物胶粉Elotex FX3300改性的瓷砖胶柔韧性明显高于掺加聚乙烯醇PVA2488改性的瓷砖胶。
参考文献
[1] A.A.P. Mansur, D.B. Santos, H.S. Mansur. A microstructural approach to adherence mechanism of polyvinyl alcohol modified cement systems to ceramic tiles[J]. Cement and Concrete Research, Volume 37, Issue 2, February 20073tiles: 270-282